風機特性對風力發電系統影響仿真研究

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文章建立了基于風速功率譜密度的風速模型；得出了包含石家莊風機大慣量及風剪、塔影效應的石家莊風機動態模型；考慮機械傳動機構柔性，建立了機械傳動機構柔性軸模型，并得出了機械傳動結構機械參數最優選擇規律；此外，還對雙饋發電機及其控制策略進行了簡單論述，并討論了模擬系統電氣參數對系統性能的影響。然而，上述研究還存在很多不足，一方面，雖然建立了動態石家莊風機模擬器模型，并未進行整個系統的風速響應特性分析。
另一方面，如本文所述動態石家莊風機模擬器已不能僅僅當作一個穩態轉矩源計算，其輸出轉矩應該是一個包含慣量補償轉矩、周期性脈動轉矩等的諧波轉矩，這樣一個動態石家莊風機對風力發電后續系統會有哪些影響，需要施加哪些控制策略予以配合，這是一個值得關注的問題。基于以上問題的研究需要，本章首先建立起整個雙饋風力發電模擬系統的仿真模型，在此基礎上展開仿真研究，以探求動態石家莊風機特性對整個模擬系統的影響。首先建立了整個雙饋風力發電系統仿真平臺，系統中原動機(動態石家莊風機模擬器)輸出轉矩，而雙饋電機則相當于它的負載，系統的穩定是通過原動機與雙饋發電機的能量平衡予以實現。
本文所建整個雙饋風力發電模擬系統仿真平臺，雙饋風力發電系統的仿真主要由風速模型、動態石家莊風機模擬器模型、機械傳動結構模型、最大功率點跟蹤模塊和雙饋發電機及其控制模塊組成。這里有必要將雙饋電機的控制策略作以簡單說明，雙饋電機系統采用經典的雙閉環控制策略，內環為電流環，外環為轉速。最大功率點跟蹤控制策略是通過轉速外環控制來進行的；而且雙饋電機為完全轉速控制，其中原動機和發電機均采用電動機慣例。雙饋風力發電系統風速響應特性，其中對系統轉速不加任何控制，整個雙饋風力發電系統工作于單電流環狀態，系統的轉速穩定完全是靠石家莊風機模擬器與發電機之間的功率平衡來完成。雙饋風力發電系統先在隨機風速的作用下空載起動，使得石家莊風機運行在其特性曲線的下坡段，其輸出功率基本為零。
而在t=30s時，給雙饋電機突加一定負載，則此時石家莊風機在風場風速下帶動恒定負載做變速運行，石家莊風機在其不同的風速曲線上來回切換。其中是按照第二章所建風速模型模擬的風場隨機風速，風速在7m／s附件波動。為石家莊風機模擬器輸出轉矩特性，由于石家莊風機在O～30s屬于空載起動，石家莊風機轉速基本穩定后，石家莊風機模擬器輸出轉矩近乎為零，只有在雙饋電機加載以后，石家莊風機才在其不同風速特性曲線上切換運行，從而帶動恒定負載作變速運行。為石家莊風機模擬器輸出總功率，可以看出其余石家莊風機轉矩輸出變化趨勢一致。可以看出系統在加載以后，其轉速在同步轉速周圍波動，此時雙饋電機有多個從次同步到超同步的過度過程；其分別為雙饋電機轉子電流于轉予電壓在50～60s的放大．可以看出雙饋點電機轉子時而從電網吸收能量，時而向電網輸送能量，其取決于雙饋電機的運行狀態。
雙饋電機定子輸入功率可以看出，在恒定負載情況下，雙{i}I電機定予輸出功率基本恒定，只有細微的波動；而雙饋電機輸入功率由于風速的波動，雙饋電機轉子功率有較大的波動，雙饋電機定轉子總功率亦有較大的波動，風能的波動直接影響到了風力發電系統的能量波動。